JP2009508289A

JP2009508289A - ５度の自由度を持つ、キャリヤ用移動プラットホーム

Info

Publication number: JP2009508289A
Application number: JP2008525954A
Authority: JP
Inventors: ヤコブ、フレデリック、フリソー、クリンクハーマー
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2009-02-26
Also published as: US20080304142A1; EP1929621A1; WO2007021176A1; EP1753122A1

Abstract

【課題】キャリヤ及び間隔が隔てられた少なくとも三つのクランプ手段を含む移動プラットホームを提供する。
【解決手段】クランプ手段の各々は、キャリヤを、接触点のところで、及びキャリヤの少なくとも一つのグローブ状接触面のところでクランプし、少なくとも一つのクランプ手段には、キャリヤを少なくとも二つの仮想軸線を中心として回転できるように、接触点を、少なくとも夫々の接触面及び／又は少なくとも夫々のクランプ手段に対して変位するための少なくとも一つの変位エレメントが設けられており、クランプ手段によってキャリヤに加えられる法線力は、ほぼ平行な平面内にあり、これらの平行な平面は、夫々の接触点でのグローブ状表面の接線方向平面に対してほぼ垂直である。
【選択図】図６

Description

本発明は、キャリヤを回転するための移動プラットホームに関する。

例えば第ＥＰ１１１１６９２号から周知の、少なくとも二つの軸線を中心としてキャリヤを回転するための移動プラットホームは、三つ又は四つの支持手段及び球形キャリヤを使用する。この場合、キャリヤは、重力によって支持手段上に載止し、そのため、このようなシステムは、多くの使用において、特にキャリヤが非常に軽量である場合、安定性が不十分である。球形のキャリヤは、外部から僅かな振動が加わると容易に移動してしまう。

キャリヤの下側が支持手段によって支持されており、上側が圧縮手段によって前記支持手段に押し付けられた移動プラットホームを使用することが、例えば米国特許第５，８７２，４１７号から周知である。この周知の形態では、支持手段と圧縮手段との間に残される表面は小さく、そのため、この周知の形態は、特に、電磁ビームを通過させるのに適していない。
第ＥＰ１１１１６９２号米国特許第５，８７２，４１７号

本発明の目的は、キャリヤの回転及び変位を非常に正確に行うことができるようにすることである。好ましくは、これは、１ナノメートル以下の精度で行うことができる。

本発明の別の目的は、キャリヤの移動、回転、及び／又は取り出しを非常にコンパクトな領域内で行うことができるようにすることである。

これらの及び他の多くの目的は、キャリヤ及び間隔が隔てられた少なくとも三つのクランプ手段を含む移動プラットホームにおいて、クランプ手段の各々は、キャリヤを、接触点のところで、及びキャリヤの少なくとも一つのグローブ状接触面のところでクランプし、少なくとも一つのクランプ手段の各々には、キャリヤを少なくとも二つの仮想軸線を中心として回転できるように、少なくとも一つの接触点を、前記接触面及び／又は少なくとも一つのクランプ手段に対して変位するための少なくとも一つの変位エレメントが設けられている、移動プラットホームによって達成される。この場合、クランプ手段によってキャリヤに加えられる法線力は、ほぼ平行な平面内にある。これらの平行な平面は、夫々の接触点でのグローブ状表面の接線方向平面に対してほぼ垂直である。

本発明による移動プラットホームは、例えば顕微鏡検査法、特に透過電子顕微鏡検査法、光学的検査法、リソグラフィー、ロボット工学、マイクロアサンブラージュ、等に適している。キャリヤは、例えば、試料を置くことができるステージやホルダ等である。移動プラットホームの用途に応じて、キャリヤは、更に、カメラ、レンズ、チップ、センサ、ミラー等を支持するのに適している。

クランプ手段は、キャリヤを、接触面に対し、ほぼ垂直に即ち半径方向にクランプする。接触面は、接触点の位置でグローブ状(globular)である。接触面は、クランプ手段が係合するキャリヤの表面を含むということは理解されよう。この場合、接触点は、クランプ手段がキャリヤをクランプする点である。キャリヤをグローブ状に設計することにより、キャリヤをクランプ手段間で比較的容易に回転させることができる。

本発明を正しく理解するため、グローブ状という用語と球形という用語との間を区別する。本明細書中では、グローブ状という用語は、凸状の、球形の、又は例えば両凸曲線(double curves) の湾曲を含むと理解されるが、中空及び凹状もまた含まれる。従って、グローブ状には、原理的に両凸曲線のボール形状、丸みのある円錐形状、円環体形状が含まれる。これらの形状は、三つの直交方向で、少なくとも部分的に楕円形又は円形をなしている。本説明では、グローブ状という用語は、球形という用語よりも広い意味で解釈されるべきであり、球形という用語は、少なくとも一つの接触面に関し、完全に円形の円錐形(completely round cone) 形状を備えているか或いは直交する全ての方向で全体が円形であると理解されるべきである。この場合、円環体の（接触）面は、グローブ状であるが、球形ではない。

有利な実施例では、本発明による移動プラットホームは、非常に「平ら」であるように設計されていてもよい。この場合、クランプ手段は、例えば、実質的に常に一つの平面内にあるように位置決めされる。そのため、移動プラットホームを、有利には、非常にコンパクトであるように設計できる。この場合、法線力は一つの平面内にあり、これらの法線力は、キャリヤが回転している場合でも、平面内のクランプ手段及び／又はキャリヤのほぼ中心で交差する。更に、キャリヤが回転していない位置である中央位置(middle position) で、クランプ手段が実質的に一つの平面内にある実施例も可能である。しかしながら、キャリヤを回転するため、少なくとも一つのクランプ手段及び少なくとも一つの法線力がこの平面から外れる。

本発明による移動プラットホームでは、クランプ手段がキャリヤをクランプすることによって加えられる法線力は、グローブ状接触面の接線方向平面に、夫々の接触点を通してほぼ垂直に加えられる。

クランプ手段は、例えば、アーム、ニードル、プレート、ロッド、フェース、立方体等の形態を備えていてもよい。顕微鏡内で使用するためには、互いに垂直であり且つ電磁ビームの主方向に対して垂直な少なくとも二つの軸線を中心として試料を回転できるのが有利である。電磁ビームの主方向は、例えば、試料を通って又は試料に沿って放射される光子又は電子の主方向を意味するものと理解されるべきである。

本発明は、回転の他、特に三つの軸線に沿った並進にも適している。これは、例えば、顕微鏡検査法等の用途で試料を検査する上で非常に望ましい。

好ましい実施例では、本発明は三つのクランプ手段を有し、そのため、互いに直角な三つの軸線に沿って並進を行うことができ、互いに直角な少なくとも二つの軸線を中心として回転を行うことができる。三つ以上のクランプ手段により、原理的には、移動プラットホームを過剰拘束状態にする。例えば、クランプ手段の数を少なくするのが望ましい。これは、そうした場合にクランプ手段のスリップが小さくなるためである。スリップは、キャリヤの並進時又は回転時のクランプ手段の互いに対する協働が不完全であることにより生じる。

キャリヤの回転及び／又は並進を行うため、変位エレメントが設けられる。これらの変位エレメントは、クランプ手段を、グローブ状接触面に対し、夫々の接触点のところで、少なくとも接線方向に及び半径方向に（垂直方向に）変位する。変位エレメントは、例えば、ピストン又は圧電エレメントを含み、これにより、本発明による移動プラットホームでは、使用者は、クランプ手段を用いて接触点を約１ナノメートル以下の精度で変位させることができる。

本発明の別の利点は、キャリヤの回転、移動、及び／又は所定位置での保持を、大きな安定性を以て行うことができるということである。このことは、例えば、キャリヤの振動が比較的少ないということを意味する。キャリヤの振動は、例えば、外部からの影響及び／又は例えば電圧におけるノイズによる変位エレメントにおける不規則性による。安定性は、例えば、振動を約０．１ナノメートル以下にできることを特徴とする。

本発明による好ましい実施例では、キャリヤは凹所を含む。これは、「検査穴」として役立ち、この穴に又はこの穴を通して、例えば試料を入れ／保持し、検査を行うことができる。凹所は、レンズ、カメラ、チップ、センサ、ミラー等を含むように設計されていてもよい。顕微鏡では、例えば、凹所が連続しているのが有利であり、そのため、電磁放射線のビーム（光子、電子、紫外線、等）が、凹所を通って（及び例えば試料を通って及び試料に沿って）投影面に当たる。かくして、画像が形成される。有利な方法では、二重円錐形(double conical)形状即ち砂時計形状により、キャリヤを中央位置から回転させるとき、ビームは凹所を真っ直ぐに通過できる。キャリヤの角度回転を最大にするため、クランプ手段は、中央位置では、凹所からほぼ等しい距離にある。

有利な実施例では、弾性エレメント及び／又はヒンジエレメントが少なくとも一つのクランプ手段に設けられている。これにより、移動プラットホームの過剰拘束をできるだけなくす。好ましい実施例では、第１のクランプ手段に弾性エレメント及びヒンジエレメントが設けられており、第２のクランプ手段にヒンジエレメントが設けられている。これにより、例えばクランプ手段が互いに対して適正に協働していない場合にクランプ手段が互いに対して発生する抵抗を有利に低減できる。更に、クランプ手段とキャリヤとの間のスリップをなくす。一般的には、これらの特徴により、移動プラットホームの安定性及び精度が更に向上する。

好ましい実施例では、圧電エレメントを変位エレメントとして使用する。この技術は、本発明によるデバイスに対して有利である。これは、とりわけ、エネルギ消費が少なく、丈夫であり、可動部品がなく、非常に正確であるためである。

本発明の有利な実施例は、一つ又はそれ以上の線型圧電モータ(piezomotors) を使用する。これは、例えば、オランダ国アンシェードのトヴェンテ大学が１９９６年に刊行した、Ｍ．Ｐ．コスターの「移動及び位置決めを正確に行うための構造原理(Constructiepricipes voor het nauwkeurig bewegen en positioneren) 」から当業者に周知の原理である。この原理は、本発明の適正な理解と関連して、ここにしか説明しない。例えばインパクトドライブモータ、進行波モータ、摺動摩擦モータ、又は他の（圧電）モータ等の他の原理を本発明によるデバイスで使用してもよい。しかしながら、本発明の一実施例の構成要素として、線型圧電モータが非常に有用であるということがわかっている。この場合、一つのクランプ手段は、好ましくは、互いに非常に近接してキャリヤと係合する二つのフィンガを有する。従って、これらのフィンガとキャリヤとの二つの接触点は、一つの接触点と考えることができる。接触点は二つの接触点のほぼ中央にある。二つのフィンガは、接触点のところで、キャリヤに対してほぼ垂直である。キャリヤを回転するため、二つのフィンガがその場で「歩くように移動(walk)」する。「歩くように移動する」というのは、少なくとも、第１フィンガがキャリヤをクランプして回転すると同時に、他方のフィンガが、例えば接触面から離れるか或いは他方のフィンガをスリップさせることによりキャリヤをパスできるようにすることを含むものと理解される。キャリヤを更に回転しようとする場合には、同じクランプ手段の第２フィンガでキャリヤを捉えて回転させると同時に、第１フィンガを「引っ込め」、第２フィンガに沿って逆方向に移動する。その後、第１フィンガがキャリヤを再び捉えて回転させ、第２フィンガを引っ込め、第１フィンガに沿って逆方向に移動する。原理的には、所望の最終位置に達するまで、このサイクルを繰り返す。

このような実施例の利点は、移動プラットホームを非常にコンパクトに設計できるということである。回転時に、キャリヤはほぼその軸線を中心として回転し、コンパクトに設計できるフィンガはほぼその場所にとどまる。使用中、フィンガは一つの平面内にとどまり、そのため、移動プラットホームを非常に平らな設計にできる。このため、例えば連続した凹所を持つ好ましくは実質的に球形のキャリヤを大きな角度に亘って回転させることができる。

有利な実施例では、「揺動(lame)」ウォーカー(walker)を使用し、これによって、変位手段を用いて、一つのクランプ手段から、一方のフィンガだけを変位し、他方のフィンガは受動的である。「受動的」という用語は、変位エレメントを備えていないということを意味すると理解されるべきである。これによる利点は、休止状態において、キャリヤを受動的フィンガによってクランプでき、かくして変位エレメントでの及び変位エレメントからのノイズ及び／又は振動の影響をほとんど受けないため、安定した状態が得られるということである。

本発明による移動プラットホームは、顕微鏡、詳細には透過電子顕微鏡用の移動プラットホームとして非常に適している。透過電子顕微鏡のポールシュー間の非常にコンパクトな空間内で、試料を、非常に高度に安定した状態で検査するため、好ましくは、クランプ手段が下ポールシューに取り付けられている。クランプ手段を下ポールシューに取り付けることによって、キャリヤをクランプ手段に比較的簡単な方法で設けることができる。

本発明は、更に、本発明による移動プラットホームで使用するのに非常に適した試料キャリヤに関する。

本発明を明らかにするため、本発明によるデバイス及び方法の実施例を添付図面を参照して以下に詳細に説明する。

この説明において、同じ又は対応する部分には、同じ又は対応する参照番号が付してある。例示の実施例として、とりわけ、透過電子顕微鏡用の移動プラットホームを説明する。しかしながら、本発明は、キャリヤを回転する幾つかの用途に適している。例えば、本発明による移動プラットホームは、光学装置で、マイクロアサンブラージュの技術分野で、様々な種類の顕微鏡法で、ロボットで、特にマイクロナノロボットで、リソグラフィー、カメラ、センサ等で使用できる。

例えば図１、図２、及び図３に示す本発明による実施例は、試料１０を置くことができる移動プラットホーム１を含む。試料１０は、例えば、更に詳細に検査するために拡大されるべきサンプル、材料、細菌、等を含む。例えば、電子顕微鏡では、試料１０の組成物の一部をナノメートルレベルで、又はそれ以下で正確に拡大でき、そのため、使用者は、例えば、試料１０の原子及び／又は分子の組成を見ることができる。この場合、試料１０を、顕微鏡に対し、試料１０の（分子の）特定の部分が更に好ましい態様で視界に現れるように、詳細には電子ビームに対して幾つかの位置に設定できるのが有利である。この目的のため、本発明は移動プラットホーム１を提供する。この移動プラットホーム１では、試料１０は、例えば図１、図２、及び図３に示すようにキャリヤ２によって支持される。図２は、図１のＡ−Ａ線での断面図である。

図１、図２、図３、図６、及び図７に示す球形キャリヤ２は、移動プラットホーム１の三つのクランプ手段３間に設けられる。クランプ手段３は、Ｆｎで示す法線力Ｆｎを球形接触面１４に垂直に加えることによって、キャリヤを正しい位置に保持する。このようにして、キャリヤ２をクランプするため、Ｆｗで示す摩擦力Ｆｗを発生する。少なくとも三つのクランプ手段３を使用することにより、試料１０を、互いに垂直な三つの軸線に沿って、及びこれらの軸線を中心として、好ましい態様で並進させることができ、及び回転させることができる。

図４では、キャリヤ２は、グローブ状接触面１４を有する。この説明では、接触面１４は、キャリヤ２がクランプ手段３と係合できる表面である。図４では、クランプ手段３は、接触面１４に沿って移動するプレートとして設計されている。ここでは、少なくとも一つのクランプ手段３が、グローブ状接触面１４に対し、例えば矢印２０で示す方向に移動するときにキャリヤ２が回転することがわかる。

別の有利な実施例では、クランプ手段３は、図１、図２、及び図３、及び図５、図６、及び図７におけるように、「ウォーキングフィンガ」７として設計されている。この場合、クランプ手段３は、原理的には、キャリヤ２がその中心をほぼ同じ場所に置いた状態で回転するとき、端部がキャリヤ２の接触面１４上で歩くように移動する(walk)少なくとも二つのフィンガ７を含む。これは、例えば一対のフィンガ７を、逆側のフィンガ対７に関して逆方向に「歩くように移動する」ことによって行うことができる。例えば奇数のクランプ手段３が設けられている場合には、ウォーキング速度を互いに関してアルゴリズムで関連させることができるということは、当業者には理解されよう。

プレート状クランプ手段３及びフィンガ状クランプ手段３は、両方とも、接触点１３のところでキャリヤ２と係合する。キャリヤ２が回転するとき、接触面１４は、クランプ手段３上で、又はクランプ手段の少なくとも一つのフィンガ７上で「転動」する。接触面１４と係合するクランプ手段３及び／又はフィンガ７の端部が、例えば、平らであるか或いは細長い場合には、接触点１３は、キャリヤ２の回転時に、接触面１４に沿って、及びクランプ手段３に沿って、の両方で変位する。フィンガ７を持つ本発明による実施例に関して本発明を正しく理解するため、各フィンガ７対を一つのクランプ手段３と考えることができ、夫々の接触点１３は、フィンガ７とキャリヤ２との接触点間にある。最小でも、一つの接触点１３だけが一つの接触面１４又は一つのクランプ手段３に対して移動する。この場合、移動プラットホーム１の少なくとも二つのクランプ手段３が、例えばフィンガ７に向けられている。本発明によれば、クランプ手段３の幾つかの実施例が本発明の範疇で可能であり、一実施例のクランプ手段３が互いに異なっていてもよいということは当業者には明らかであろう。

実質的に球形のキャリヤ２の利点は、法線力ベクトルＦｎの延長線がほぼこの中心と交差し、接触点１３が、中央位置及びキャリヤ２の回転後の両方でほぼ一つの平面Ｂ内にとどまるということである。従って、全ての摩擦力Ｆｗは、大きさ及び方向が実質的に同じままであり、比較的に安定しており且つ高度にコンパクトな移動プラットホーム１が得られる。従って、移動プラットホームを非常に平らであるように設計できる。

これに関し、添付図面に示す概略図は、単に例示を目的としたものであるということは、当業者には明らかであろう。簡略化を図るため、各断面において、二つのクランプ手段だけを示す。しかしながら、実際には、本発明による移動プラットホームは、好ましくは、少なくとも三つのクランプ手段３を備えている。当業者は、この調節を行う上で何ら困難がない。

しかしながら、本発明の範疇には幾つかの実施例が含まれる。これらの実施例は、（概略には）図２及び図３に示す断面を有する。例えば、好ましくは主方向１１に対して垂直な、キャリヤ２の中心を通る一つの軸線に沿って、少なくとも二つのフィンガ７を、キャリヤ２の二つの反対側の側部の各々に位置決めできる。この場合、キャリヤ２を、主方向１１に対して垂直な二つの軸線を中心として回転することもできるが、使用されるクランプ手段３の数は三つ以下であってもよい。このような移動プラットホームでは、単一のフィンガ７をクランプ手段３と考えることもできる。この実施例もまた、本発明の範疇に含まれるということは当業者には明らかであろう。

フィンガ７を移動させるため、フィンガ７を移動できる変位エレメントが設けられている。本発明による好ましい実施例では、これらのエレメントは、圧電エレメント４の形態で提供される。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えばピストンや枢動モータ等の多くの種類の変位エレメントが可能である。圧電エレメント４には、非常に小さな移動を制御可能な態様で伝達できるという利点がある。図５でわかるように、圧電エレメント４ａを用いることにより、フィンガ７をキャリヤ２に向かって及びこのキャリヤから遠ざかる方向に半径方向に移動でき、即ち、キャリヤ２に対して垂直に移動でき、圧電エレメント４ｂを用いることにより、キャリヤ２に対して接線方向に移動できる。

ウォーキング原理に従って、圧電エレメント４ａによるフィンガ７の半径方向移動により、少なくともキャリヤ２を並進させ、圧電エレメント４ｂによるフィンガ７の接線方向移動により、キャリヤ２を回転させる。図６には、二つのフィンガ７ａ、７ｂを含むクランプ手段３の一実施例が示してある。キャリヤは、クランプ手段３毎に、一対のフィンガ７ａ、７ｂを含む少なくとも一つのフィンガ７によってクランプされる。第１フィンガ７ａを接線方向に移動すると同時に別のフィンガ７ｂを半径方向に引っ込めると、キャリヤ２が回転する。その後、第１フィンガ７ａを半径方向に引っ込め、他方のフィンガ７ｂがキャリヤ２と接触するまでキャリヤ２を（キャリヤ２の反対側でも力が半径方向に加えられる）移動する。キャリヤと接触したとき、他方のフィンガ７ｂが接線方向に移動し、その結果、キャリヤ２が更に回転する。次いで、この他方のフィンガ７ｂを再び半径方向に引っ込める。その結果、第１フィンガ７ａは、クランプ位置で、キャリヤを再び「捕捉」し、サイクルを再び開始する。かくして、有利な方法で、キャリヤ２を比較的安定して滑らかに回転させることができる。当然のことながら、ウォーキング原理は、変位エレメントを様々に制御することにより、様々な態様で適用できる。

一般的には、変位エレメントは、振動してしまったり、振動の制御がなされない場合がある。例えば、圧電エレメント４を振動させる電圧ノイズが圧電エレメント４に加わらないようにするのは困難である。従って、使用される変位エレメントの数をできるだけ少なくするのが望ましい。以上に鑑み、本発明による好ましい実施例では、有利には、図８に示すように、クランプ手段３毎に一つの「揺動(lame)」フィンガ７ｃを使用してもよい。この場合、クランプ手段３毎に、一つの第１フィンガ７ａが、変位エレメントによってキャリヤ２に対して半径方向に並びに接線方向に変位するが、第２フィンガ７ｃは安定したままである。第２フィンガ７ｃは「休止点」として役立つ。このようにして、特に、キャリヤ２が所定位置に保持されているとき、プラットホーム１を高度に安定して移動する。これは、振動が低減されるか或いは遮断されるためである。

当然のことながら、本発明の範疇で多くの他の「ウォーキング」原理が考えられる。更に、本発明による移動プラットホーム１と関連して使用できる多くの変位手段が周知である。これらの変位手段には、例えばインパクトドライブモーター、進行波モータ、摺動摩擦モータ、等が含まれる。変位エレメントのこれらの例は、圧電エレメント４に関する。この他の変位エレメントとして、様々なエレメントがある。これらは、本発明の範疇に含まれるものと考えられる。

本発明による実施例を電子顕微鏡で使用する場合、キャリヤ２には凹所９が設けられていてもよい。凹所により、電子ビームを、主方向１１で、キャリヤ２を通過させることができる。試料１０が存在するため、ビームは凹所９で遮断されるか或いは、キャリヤ２の出側でのビームの強さが、主方向１１に対して垂直な断面（投影断面）に亘って異なる。次いで、この強さの相違を捕捉して演算処理し、試料１０の非常に高い解像度の画像を得ることができる。更に、凹所９は、有利には、例えば光線ビームや紫外線等の他の形態の電磁放射線に適合してもよいということは明らかである。

キャリヤ２は、主方向１１に回転させることにより、電磁放射線を通すことができなければならない。図２、図３、及び図４に示すように、この目的のため、凹所９は、両側が円錐形になった形態又は砂時計形態を備えていてもよい。その結果、電子ビームの一部が、主方向１１で凹所を通過する。これは、比較的大きい回転角度まで行われる。ここで、αは、キャリヤ２が、中央位置から、対応する軸線を中心として形成する角度である。従って、中央位置では、回転角度は０°である。

本発明によるキャリヤ２が、図１、図２、及び図３、及び図５、図６、及び図７の場合におけるように実質的に球形である場合には、キャリヤは、原理的には、全ての方向に３６０°に亘って回転できる。好ましい実施例では、球形形態２は凹所９のところが截頭してあり、そのためクランプ手段３が球形キャリヤ２をほぼ截頭部８の位置でクランプするまでしか回転できない。この場合、凹所９に約４５°の傾斜角度βを提供するのが好ましい。図３でわかるように、約４５°の回転角度では、主方向１１での電子ビームの一部は、この場合でも、約４５°の傾斜角度βの凹所９を真っ直ぐに通過できる。これ以上回転しようとする場合には、クランプ手段３が凹所９と係合し、電子が主方向１１で遮断される。凹所９の傾斜角度βが小さい場合には、電子ビームは、主方向１１でこれよりも以前に、比較的小さい回転角度αで遮断される。

本発明による別の実施例では、それにも関わらず、回転角度を大きくするため、キャリヤ２を、例えば図４に示すように、円環体形状の設計にしてもよい。円環体形状のキャリヤ２は、截頭を必要としない。これは、凹所９が円環体形状の中央部分２２を通って延び、そのため、回転角度が截頭によって制限されないためである。この場合、主方向１１の電子ビームを凹所９に通すことができる回転角度αは、例えば約７０°まで増大する。最大回転角度αの大きさは、とりわけ、円環体形状のキャリヤ２とクランプ手段３との摩擦係数で決まる。更に、円環体形状のキャリヤ２の傾斜角度βによっても左右される。約７０°の最大回転角度αについて、電子ビームの少なくとも一部を主方向１１で凹所９に通すことができるように、少なくとも約７０°の最小傾斜角度βが必要とされる。かくして、これにより、本発明によるキャリヤ２は、回転角度αを、非常に有利な態様で大きくするのが有利である。

例えば図４に示す、円環体形状のキャリヤ２を持つ本発明による実施例では、プレート状クランプ手段を使用するのが有利である。これらのクランプ手段３は、接触点１３のところで、円環体形状のキャリヤを、グローブ状接触面１４との接触面（接線方向平面）に対して垂直にクランプする。回転するとき、円環体形状のキャリヤ２は必然的に傾き、そのためプレート状クランプ手段３の接触点１３は一つの平面Ｂ内にない。

プレート状クランプ手段３は、更に、球形キャリヤ２をクランプするのにも適しているということは自明である。この場合、接触点１３は、確かに、ほぼ一つの平面Ｂ内にあり、法線力Ｆｎはキャリヤ２の中心と交差する。

キャリヤ２の回転時にクランプ手段３が正確に同期して制御されていない場合にはスリップが生じ、これにより不正確さがもたらされる。このようにして、特に過剰拘束されたシステム１は、不正確さをもたらす。これが起らないようにするため、本発明による移動プラットホーム１の好ましい実施例では、少なくとも一つのクランプ手段３ａがヒンジで弾性的に配置されている。

本発明によるこのような実施例を図６に示す。この実施例は、三つのクランプ手段３ａ、３ｂ、及び３ｃを含む。最後に言及したクランプ手段３ｃは、図の平面で見てキャリヤ２の後側に配置されている。本発明による好ましい実施例は、ヒンジエレメント６ａによって軸線Ａを中心としてヒンジ連結された少なくとも一つのクランプ手段３ａを使用する。このようにして、ヒンジ方向でスリップを発生し、即ち対応する接線方向でのスリップの発生を大幅に低減する。クランプ手段３ａは、更に、第２ヒンジエレメント５Ｂによって第２軸線Ｂを中心としてヒンジ連結されている。そのため、スリップが、対応する第２接線方向で発生し、即ち夫々のヒンジ方向が大幅に阻止される。この場合、軸線Ａ及び軸線Ｂは、互いにほぼ垂直である。ヒンジエレメント６ｃによって、別のクランプ手段３ｂを軸線Ｃを中心としてヒンジ連結する。この軸線は、軸線Ａと平行である。従って、クランプ手段３ｂの対応する接線方向でのスリップが大幅に阻止される。第３クランプ手段３ｃは剛性に配置されている。

クランプ手段３ａに弾性エレメント即ち圧縮性エレメント６を設けることによって、別の過剰拘束をなくすことができる。弾性エレメントを備えたクランプ手段３ａは、ばね方向で撓むが、弾性エレメント６を備えたこのクランプ手段３ａはキャリヤ２に十分なクランプ力Ｆｎを加える。クランプ手段３で弾性エレメント６、例えばばね、ピストン、弾性エレメント等を使用することにより、好ましくは夫々のクランプ手段３ａに対してほぼ垂直なばね方向での並進と関連した抵抗をなくす。抵抗を有利な方法でなくすことによっても、スリップが大幅に低減される。

このようなヒンジエレメント５及び弾性エレメント６は、本発明による他の実施例でも、例えばプレート状クランプ手段３でも使用できるということは、当業者に明らかであろう。

本発明による移動プラットホーム１により、少なくとも三つの軸線を中心とした回転及びこれらの軸線に沿った並進を非常に有利な態様で行うことができる。例えば、電子顕微鏡の用途では、多くの場合、互いに垂直な二つの軸線を中心とした回転で十分である。これらの軸線は、主方向１１に対して垂直である。主方向１１に対して垂直な回転は、必ずしも必要とされない。これは、この目的のため、例えば投影画像をソフトウェアによって回転するといったこの他の解決策を用いることができるためである。この場合、投影画像は、例えば後にコンピュータで得られる、試料１０を示すものである。この場合、例えば上述のヒンジ５Ａ、５Ｂ、及び５Ｃを用いた、少なくとも二つのヒンジクランプ手段３を使用するのが好ましい。

キャリヤ２が、主方向１１に対して垂直な二つの軸線のみを中心として回転する場合、主方向１１に対して垂直な二つの軸線を中心とした特定の回転順序により、キャリヤ２が主方向１１を中心として不時に回転する場合がある。このような不時の回転は、他の二つの軸線を中心とした回転と協働するアルゴリズムでこれらを考慮することによって、なくすことができる。主方向１１を中心とした不時の回転は、他の二つの軸線を中心とした回転を様々に制御することによっても相殺できる。

透過電子顕微鏡では、電子ビームがキャリヤ２に沿って及び／又はキャリヤ２を通って安定して移動するように、本発明による移動プラットホーム１の一実施例をポールシュー１７の近くに配置する。電子ビームは、ポールシュー１７ａと１７ｂとの間で、主方向１１に放射される。上下のポールシュー１７間には（図６に示すように）、試料１０を配置するためのコンパクトな空間が残されている。この場合、キャリヤ２をクランプ手段３間に比較的簡単な方法で配置できるように、クランプ手段３を下ポールシュー１７ａ２及び１７ｂ２に取り付けるのが有利である。多くの透過電子顕微鏡ではこの空間は、約数ｍｍの長さ、幅、及び高さを有する。本発明による実施例は、有利には、コンパクトな空間内で使用できる。

図７は、透過電子顕微鏡のポールシュー１７に有利な態様で取り付けられたクランプ手段３を概略に示す。更に、試料１０を簡単な方法で設けることができるように、顕微鏡からのキャリヤ２の取り出し及び顕微鏡へのキャリヤ２の配置を簡単に行うことができるのが好ましい。この目的のため、例えば少なくとも一つの取り付け手段１２によって、少なくとも一つのクランプ手段３を緩めたり顕微鏡に再取り付けすることができる。その結果、試料１０を顕微鏡に配置したり、この顕微鏡から取り外したりするためにキャリヤをクランプ手段から簡単に取り外すことができる。このクランプ手段３は、弾性エレメント及びヒンジエレメント５、６の両方を備えたクランプ手段３ａであるのが有利であり、そのため、有利には、システムの精度にほとんど影響を及ぼすことなく、クランプ手段３を交換できる。クランプ手段３、好ましくは、クランプ手段３ａを夫々容易に取り付けることができるように、クランプ手段３を、下ポールシュー１７ａ２及び１７ｂ２に取り付けるのが有利である。

当然のことながら、移動プラットホーム１全体を顕微鏡から取り外すことができ、又は、逆に、固定的に取り付けることができる。更に、本発明の範疇で、例えばキャリヤ２等の移動プラットホーム１の別々の部品を交換できる。

幾つかの実施例が本発明の範疇に含まれるということは明らかであろう。例えば、試料１０を、例えばホルダ等の別の部品により、キャリヤ２上に又はこのキャリヤ内に位置決めしてもよいし、移動プラットホーム１をホルダに配置してもよい。変更をもたらすけれども、発明の概念を変えることがない多くの中間部品が考えられる。更に、移動プラットホーム１を、例えば顕微鏡又は地球に対して任意の角度に配置してもよい。中間位置では、移動プラットホーム１は、斜めであってもよいし、垂直であってもよいし、水平であってもよい。キャリヤ２が静止しており、移動プラットホーム１が移動してもよい。例えば図５Ａに示すように、接触面１４は、中空であるように設計されていてもよいし、凹状であるように設計されていてもよく、クランプ手段３は、例えばキャリヤ２の内側に設けられていてもよい。更に、クランプ手段３は、多くの形状に適合させることができる。本明細書中に説明しなかった、本発明による多くの実施例は、当業者には明らかであろう。

図１は、本発明の一実施例による移動プラットホームの概略平面図である。図２は、中間位置にある、図１による移動プラットホームのＡ−Ａ断面での概略正面図である。図３は、回転位置にある、図２に示す移動プラットホームの断面の概略正面図である。図４は、回転位置にある、本発明の第２実施例の移動プラットホームの断面の概略正面図である。図５は、本発明の一実施例に従って圧電エレメントを接触面に当てたフィンガの概略正面図である。図５Ａは、本発明の一実施例に従って圧電エレメントを凹状の接触面に当てたフィンガの概略正面図である。図６は、本発明の有利な実施例による移動プラットホームの概略斜視図である。図７は、透過電子顕微鏡での移動プラットホームの断面の概略正面図である。図８は、一つの揺動フィンガを持つクランプ手段の概略平面図である。

符号の説明

１移動プラットホーム
２球形キャリヤ
３クランプ手段
７ウォーキングフィンガ
１０試料
１３接触点
１４球形接触面
Ｆｎ法線力
Ｆｗ摩擦力

Claims

キャリヤ及び間隔が隔てられた少なくとも三つのクランプ手段を含む移動プラットホームにおいて、
前記クランプ手段の各々は、キャリヤを、前記キャリヤの少なくとも一つのグローブ状接触面における接触点でクランプし、
少なくとも一つのクランプ手段は、前記キャリヤを少なくとも二つの仮想軸線を中心として回転できるように、前記接触点を、少なくとも夫々の接触面及び／又は少なくとも夫々のクランプ手段に対して変位させるための少なくとも一つの変位エレメントを有し、
前記クランプ手段によって前記キャリヤに加えられる法線力は、ほぼ平行な平面内にあり、
これらの平行な平面は、夫々の接触点での前記グローブ状表面の接線方向平面に対してほぼ垂直である、移動プラットホーム。
請求項１に記載の移動プラットホームにおいて、
前記変位エレメントは、少なくとも一つのクランプ手段を、接触点のところで、前記キャリヤに対してほぼ垂直に、及び／又は接触点のところで、前記キャリヤに対してほぼ接線方向の少なくとも一つの方向に変位するように設計されている、移動プラットホーム。
請求項１又は２に記載の移動プラットホームにおいて、
前記キャリヤは、好ましくは二つの両側部を截頭した実質的に球形の形態を有する、移動プラットホーム。
請求項１又は２に記載の移動プラットホームにおいて、
前記キャリヤは実質的に円環体形状である、移動プラットホーム。
請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
前記キャリヤには少なくとも一つの凹所が設けられている、移動プラットホーム。
請求項５に記載の移動プラットホームにおいて、
前記凹所は連続した凹所である、移動プラットホーム。
請求項６に記載の移動プラットホームにおいて、
中央位置において、前記クランプ手段から前記凹所の第１縁部までの距離、及び前記クランプ手段から前記キャリヤの反対側に配置された前記凹所の第２縁部までの距離はほぼ等しい、移動プラットホーム。
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
前記クランプ手段が前記キャリヤに加える記法線力は、ほぼ一つの平面内にあり、ほぼ前記キャリヤの中心を通る、移動プラットホーム。
請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
少なくとも一つのクランプ手段は弾性エレメントを含み、この弾性エレメントは、力を、夫々の接触点のところで、前記接線方向平面に垂直に加える、移動プラットホーム。
請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
前記少なくとも一つのクランプ手段、好ましくは二つのクランプ手段は、少なくとも一つのヒンジエレメントを含む、移動プラットホーム。
請求項９又は１０に記載の移動プラットホームにおいて、
前記クランプ手段には、少なくとも一つの弾性エレメント及び少なくとも一つのヒンジエレメントが設けられている、移動プラットホーム。
請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
前記クランプ手段は、プレートによって前記キャリヤをクランプする、移動プラットホーム。
請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
前記クランプ手段は、各々、二つのフィンガを含む、移動プラットホーム。
請求項１３に記載の移動プラットホームにおいて、
フィンガの接触面、接触線、又は端部を、夫々の接触点のところで前記キャリヤに対してほぼ接線方向に変位するための少なくとも一つの変位エレメントの、及び／又はフィンガの前記接触面、接触線、又は端部を、夫々の接触点のところで前記キャリヤに対してほぼ垂直方向に変位するための変位エレメントの、一つのフィンガがクランプ手段毎に設けられている、移動プラットホーム。
請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
前記キャリヤを取り外す目的のため、少なくとも一つのクランプ手段の少なくとも一つの部品を取り外すことができる、移動プラットホーム。
請求項１乃至１５のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
少なくとも一つのヒンジエレメント及び／又は一つの弾性エレメントを備えた少なくとも一つのクランプ手段の少なくとも一部を取り外すことができる、移動プラットホーム。
請求項１乃至１６のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
前記変位エレメントは、圧電エレメントを含む、移動プラットホーム。
顕微鏡、詳細には電子顕微鏡、更に詳細には透過電子顕微鏡で試料を回転し位置決めするための、請求項１乃至１７のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホーム。
請求項１乃至１８のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホーム用の試料キャリヤにおいて、
二つの両側を截頭した実質的にグローブ状形態、詳細には球形形態又は円環体形態を有し、截頭平面に少なくとも一つの凹所が設けられた、試料キャリヤ。
請求項１乃至１８のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームを備えた顕微鏡。
請求項２０に記載の顕微鏡において、
前記クランプ手段は、一端が前記顕微鏡に取り付けられている、顕微鏡。
請求項２０又は２１に記載の顕微鏡において、
前記顕微鏡は透過電子顕微鏡であり、前記クランプ手段は少なくとも一つのポールシューに取り付けられている、顕微鏡。
キャリヤを回転するための方法において、
少なくとも三つのクランプ手段の各々が、キャリヤを、前記キャリヤの少なくとも一つのグローブ状接触面における接触点でクランプし、
少なくとも一つのクランプ手段が、夫々の接触点を、少なくとも一つの夫々の接触面及び／又は少なくとも一つの夫々のクランプ手段に対して変位させ、
前記クランプ手段が前記キャリヤに加える法線力は、ほぼ平行な平面内にあり、
これらの平行な表面は、夫々の接触点におけるグローブ状接触面で、前記接線方向平面に対してほぼ垂直である、方法。
請求項２３に記載の方法において、
顕微鏡、詳細には透過電子顕微鏡で試料を回転する際に使用される、方法。
キャリヤ及び間隔が隔てられた少なくとも三つのクランプ手段を含む移動プラットホーム、好ましくは、請求項１乃至１８のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
前記クランプ手段の各々は、キャリヤを、接触点のところで、及び前記キャリヤの少なくとも一つのグローブ状接触面のところでクランプし、少なくとも一つのクランプ手段には、前記キャリヤを少なくとも二つの仮想軸線を中心として回転できるように、前記接触点を、少なくとも夫々の接触面及び／又は少なくとも夫々のクランプ手段に対して変位するための少なくとも一つの変位エレメントが設けられており、前記クランプ手段によって前記キャリヤに加えられる法線力は、ほぼ平行な平面内にあり、これらの平行な平面は、夫々の接触点での前記グローブ状表面の接線方向平面に対してほぼ垂直である、移動プラットホーム。
キャリヤ及び間隔が隔てられた少なくとも三つのクランプ手段を含む移動プラットホーム、好ましくは、請求項１乃至１８のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームを備えた顕微鏡において、
前記クランプ手段の各々は、キャリヤを、接触点のところで、及び前記キャリヤの少なくとも一つのグローブ状接触面のところでクランプし、少なくとも一つのクランプ手段には、前記キャリヤを少なくとも二つの仮想軸線を中心として回転できるように、前記接触点を、少なくとも夫々の接触面及び／又は少なくとも夫々のクランプ手段に対して変位するための少なくとも一つの変位エレメントが設けられており、前記クランプ手段によって前記キャリヤに加えられる法線力は、ほぼ平行な平面内にあり、これらの平行な平面は、夫々の接触点での前記グローブ状表面の接線方向平面に対してほぼ垂直である、顕微鏡。
キャリヤを、顕微鏡で、好ましくは請求項１乃至１８のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームを使用して回転する方法において、
少なくとも三つのクランプ手段の各々が、キャリヤを、接触点のところで、前記キャリヤの少なくとも一つのグローブ状接触面のところでクランプし、少なくとも一つのクランプ手段は、夫々の接触点を、少なくとも夫々の接触面及び／又は少なくとも夫々のクランプ手段に対して変位し、前記クランプ手段が前記キャリヤに加える法線力は、ほぼ平行な平面内にあり、これらの平行な平面は、夫々の接触点での前記グローブ状表面の接線方向平面に対してほぼ垂直である、方法。